管状压电陶瓷传感器工作机理及在非对称十字形配钢SRC矩形截面柱损伤监测中的应用

为解决传统片状压电陶瓷传感器安装困难和仅能监测试件一维损伤、易受应力波发射角度和接收角度影响的问题,突破球状压电陶瓷传感器不易封装和安装的局限,研发了管状压电陶瓷传感器,实现传感器快速安装和试件损伤二维监测。建立管状压电陶瓷传感器的力学模型,揭示其沿径向发射和接收应力波的工作机理,并应用于非对称十字形配钢型钢混凝土(steel reinforced concrete, SRC)矩形截面柱的损伤监测。提出小波包能量谱均方根损伤指标,对柱两个平面方向的损伤进行诊断和评估。研究结果表明:管状压电陶瓷传感器安装方便,对捕捉低周往复荷载下混凝土损伤具有较高的灵敏度;基于管状压电陶瓷传感技术的结构内部损伤监测和评估方法能较精确地实现试件损伤量化分析;非对称十字形配钢型钢混凝土矩形截面柱的型钢内缩侧混凝土损伤大于另一侧,在相同含钢率下增大轴压比使柱承载力提高,延性降低,耗能能力减弱,混凝土损伤加剧。

非对称十字形配钢SRC柱地震损伤特征分析

为避免型钢混凝土(SRC)结构在节点处的大量钢筋焊接作业和钢筋穿孔削弱柱型钢截面强度,提出一种非对称十字形配钢SRC柱的构造形式。考虑钢材对混凝土的约束作用,完成了九组SRC柱在低周往复加载下的有限元模拟。以混凝土受压损伤云图表征混凝土损伤演化特征,以累积损伤应变云图反映型钢的损伤分布。研究表明:相同含钢率下,非对称十字形配钢SRC柱与传统对称十字形配钢方式具有相近的承载力,且损伤分布呈现不对称性。在型钢内缩一侧,混凝土的损伤程度和范围均大于型钢未内缩一侧,而型钢则是未内缩一侧的损伤较为严重,并表现出弯曲型、弯剪型和剪切型三种损伤模式。

非对称十字形配钢型钢混凝土矩形截面柱抗震性能试验研究

为适应型钢混凝土(steel reinforced concrete,SRC)框架结构在边柱、角柱部位不均匀受力的特征,并简化施工、避免大量型钢开孔和钢筋焊接,提出非对称十字形配钢SRC矩形截面柱构造。开展7根非对称十字形配钢SRC矩形截面柱和1根对称十字形配钢SRC矩形截面柱的低周往复加载试验,分析配钢形式、剪跨比、轴压比和体积配箍率等主要设计参数对柱抗震性能的影响。结果表明:不对称配钢形式使SRC柱的正、负向承载力不对称,正向加载(型钢内缩侧受压)比负向加载先达到峰值荷载;在相同含钢率下,非对称十字形配钢SRC矩形截面柱可达到与对称配钢形式相近的抗震性能;剪跨比的增大使柱的刚度衰减率降低,延性增加,耗能能力提高;增大轴压比,柱刚度退化加剧,延性降低,耗能能力减弱;提高体积配箍率将改善柱的耗能能力和延性。